科技名刊精選

去除β-淀粉樣蛋白新前景

Nature封面：在Aducanumab作用下，淀粉樣蛋白斑塊減少，如示例基線與治療54周后的淀粉樣蛋白PET圖像所示。Nature雜志第7618期封面文章報道了Aducanumab，它是一種專門靶向β-淀粉樣蛋白（Aβ）肽聚集的人類重組單克隆抗體，人們認為Aβ肽聚集在阿爾茨海默病的神經(jīng)退行過程中發(fā)揮了作用。近年來，多種阿爾茨海默病藥物都未能成功研發(fā)，因此任何新發(fā)現(xiàn)都會引起人們的強烈興趣。一項新的研究報告了每月向先兆或輕微阿爾茨海默病被試者注射Aducanumab的臨床試驗中期結(jié)果：Aducanumab療法減少了大腦中的淀粉樣蛋白斑塊，而且還延緩了患者的臨床損傷（呈劑量依賴性）。試驗數(shù)據(jù)為進一步將Aducanumab開發(fā)為一種去除Aβ肽療法提供了支持。

善用工具的夏威夷烏鴉

Nature封面：善用工具的夏威夷烏鴉。Nature雜志第7620期封面文章報道了鴉科鳥類的認知能力。一直以來，新喀鴉因其能夠制作和使用工具覓食而聞名。不過，Christian Rutz等人發(fā)現(xiàn)，另一種來自太平洋島嶼的烏鴉——夏威夷烏鴉也同樣具備這種能力，它們的夏威夷名字Alalā更為知名。夏威夷烏鴉在幼年時自然而然地學(xué)會如何使用工具，整個物種全部都具有熟練使用工具的能力。夏威夷烏鴉已在野外滅絕，現(xiàn)存的109只全部為人工飼養(yǎng)。熱帶烏鴉的技術(shù)能力或許是由偏遠島嶼的獨特生態(tài)環(huán)境促成的，其中包括內(nèi)部獵物競爭降低和被捕食風(fēng)險下降。發(fā)現(xiàn)第二種會使用工具的烏鴉為動物在使用工具方面的比較研究創(chuàng)造了難得的機會。

科學(xué)與不平等

Nature封面：不平等的實驗室，如兩款豪裝與簡裝的顯微鏡。Nature雜志第7621期封面文章以特刊形勢報道了“科學(xué)與不平等”。本期特刊考察科學(xué)對不平等現(xiàn)象有何解釋，以及不平等如何影響科學(xué)工作者。經(jīng)濟學(xué)家Branko Milanovic使用歷史數(shù)據(jù)，追蹤了不平等現(xiàn)象在數(shù)百年間的起落。Mike Savage在此探尋“階級”究竟意味著什么。新聞版塊的兩篇文章中則詳細探討了不平等對科學(xué)自身的影響。在世界范圍內(nèi)，貧窮和社會背景仍然是科學(xué)生涯的巨大壁壘和鴻溝。頂尖科學(xué)家的收入與其他科學(xué)家相比，差距在不斷增大。在很多國家的很多大學(xué)里，精英科學(xué)家和那些在一線“戰(zhàn)壕”中奮戰(zhàn)的研究者之間的收入差距在過去幾十年里一直在擴大，這種收入的不平等正反映了整個社會的趨勢。

非洲爪蟾的基因組演化過程

Nature封面：非洲爪蟾。Nature雜志第7625期講述非洲爪蟾的基因組演化。非洲爪蟾(Xenopus laevis)是脊椎動物細胞和發(fā)育生物學(xué)研究中的重要模式生物，它是一種古四倍體—— 數(shù)百萬年前基因組復(fù)制的產(chǎn)物，這使得非洲爪蟾成為了理想的多倍體研究目標，但同時也大大增加了基因組測序的復(fù)雜性。Daniel Rokhsar及同事報告了非洲爪蟾的基因組序列，并與其近親熱帶爪蟾(X. tropicalis)的基因組進行了比較。他們的分析證實非洲爪蟾是異源四倍體，并區(qū)分出了兩個非對稱演化的亞基因組：一個往往保留了遠祖狀態(tài)，而另一個則經(jīng)歷了基因損失、刪除、重組和表達降低的情況。這兩種二倍體的祖先約在3400萬年前出現(xiàn)分化，并在約1800萬年前結(jié)合形成異源四倍體。

通往寨卡病毒疫苗的道路

Science封面：三條通往寨卡病毒疫苗的道路。Science雜志第6304期封面文章報道了三種獨立的疫苗平臺，對感染寨卡病毒的恒河猴提供權(quán)利防護。非洲的埃博拉疫情還沒有完全結(jié)束，美洲就出現(xiàn)了一種蟲媒病毒的暴發(fā)流行，這種蟲媒病毒為寨卡病毒（Zika Virus）。目前有多個國家和地區(qū)有疫情報道，主要在美洲，歐洲多國也有報道，有蔓延全球之勢。目前世界范圍內(nèi)已有十幾家實驗室在進行寨卡疫苗的研發(fā)。不論結(jié)果如何，這些疫苗都將是預(yù)防性的，并且不能應(yīng)用于懷孕的婦女，而后者是受寨卡威脅最嚴重的人群。

遺傳多樣性的人類世地圖與緯度梯度變化

Science封面：一只伊比利亞猞猁。Science雜志第6307期封面文報道了遺傳多樣性的人類世地圖與緯度梯度變化。人類世（Anthropocene）正在經(jīng)歷生物多樣性的喪失，但人們對全球的種內(nèi)遺傳多樣性仍缺乏基本了解。Andreia Miraldo等人的研究運用大量陸生物種的線粒體序列，與地理坐標相聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)了遺傳多樣性的地區(qū)與人為影響的差異。此外，Henrique M. Pereira的視點文章認為大約三分之二的陸地脊椎動物生存在熱帶雨林地區(qū)，物種的多樣性也體現(xiàn)在這里。遺傳多樣性與緯度梯度變化密切相關(guān)，Hurlbert and Jetz以及Miraldo等人的研究也證實了這一點。

壓力下的基因

Science封面：一位尼泊爾昆布冰瀑地區(qū)的夏爾巴挑夫。Science雜志第6308期封面文報道了環(huán)境對人類基因組的影響。一些人類的族群在低氧的高海拔地區(qū)呈現(xiàn)出很強的耐受力，遺傳和外成性質(zhì)的改變塑造了我們對環(huán)境的響應(yīng)。選擇壓力改變了地球上的生命，優(yōu)化了生命體的遺傳特性以適應(yīng)不斷變化的環(huán)境。這種選擇性創(chuàng)造了大量的新物種包括特殊的人類族群。這種環(huán)境的影響圍繞細胞水平展開，例如塑造我們免疫系統(tǒng)的細胞與內(nèi)外環(huán)境交互作用從而保障我們的健康。最新的研究顯示這種適應(yīng)性拓展到遠超DNA序列的改變，從而幫助我們消除病痛，遠離疾病。

咬回去

Science封面：一只正在人胳膊上狼吞虎咽的埃及伊蚊。Science雜志第6309期封面文報道了人類與蚊傳染疾病的抗爭。蚊子能傳播諸如登革熱、寨卡病毒、切昆貢亞熱、黃熱病等。岡比亞按蚊就在非洲造成了瘧疾肆虐。如果蚊子從地球上消失，許多人肯定會歡呼雀躍。這類愛吸血的動物傳播寨卡病毒這類嚴重影響健康的疾病?，F(xiàn)在我們能做的就是消除恐懼。人類開發(fā)的武器有殺蟲劑、紗窗、蚊帳、驅(qū)蟲劑，以及用手拍死它們。殺蟲劑對埃及伊蚊的作用微乎其微，許多科學(xué)家建議釋放一批基因改造過程蚊子，這些蚊子攜帶者基因不會造成大量繁殖，或攜帶益生菌抗擊致命病毒。戰(zhàn)爭仍在繼續(xù)。

人工合成珍珠母人工合成方法突破

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實驗室、化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院俞書宏課題組通過模擬天然珍珠母生長過程而獲得了人工仿生結(jié)構(gòu)材料，這種材料具有與天然珍珠母高度相似的化學(xué)組分和微觀結(jié)構(gòu)，并因此兼具強度及韌性，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。珍珠母主要由文石相碳酸鈣和幾丁質(zhì)構(gòu)成，類似現(xiàn)代建筑的層狀有序“磚-泥”結(jié)構(gòu)。軟體動物形成珍珠母的過程，首先是調(diào)控分泌的幾丁質(zhì)形成層狀框架，然后使碳酸鈣在該框架中富集并礦化，并逐步填滿整個框架。文石相碳酸鈣以類似天然珍珠母生長的方式，在有機框架上隨機成核并沿側(cè)向外延生長，最終在每一層框架上均形成與天然珍珠母類似的泰森多邊形結(jié)構(gòu)。因其層狀多級結(jié)構(gòu)，珍珠母同時具備了遠遠超過純碳酸鈣或幾丁質(zhì)的強度和韌性。

天然珍珠層（左）與人工珍珠層（右）不同尺度的結(jié)構(gòu)相似性

通過模擬生物礦化過程合成人工珍珠母的步驟

棱柱狀碳化鈷納米結(jié)構(gòu)用于合成氣高效轉(zhuǎn)化直接制備低碳烯烴

中科院上海高等研究院低碳轉(zhuǎn)化科學(xué)與工程重點實驗室在合成氣直接制烯烴研究獲重大突破，研究論文發(fā)表于《自然》。合成氣經(jīng)費托反應(yīng)路線直接制烯烴是指一氧化碳和氫氣在催化劑作用下，通過費托（Fischer-Tropsch）過程合成烯烴（FTO）過程。該團隊研發(fā)了一種全新的催化劑，它能在溫和的反應(yīng)條件下（常溫, 常壓-低壓），高選擇性合成氣直接制備烯烴，甲烷選擇性可低至5%，低碳烯烴選擇性可達60.8%，總烯烴選擇性高達80%以上，烯/烷比可高達30以上，同時產(chǎn)物碳數(shù)呈現(xiàn)顯著的窄區(qū)間高選擇性分布，C2-15選擇性占90%以上，產(chǎn)物分布完全不服從ASF規(guī)律，體現(xiàn)出很好的FTO性能。

世界最高效的鈣鈦礦LED

南京工業(yè)大學(xué)黃維院士、王建浦教授團隊設(shè)計并制備了一種具有多量子阱結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦LED，其器件效率和穩(wěn)定性遠超國際同行報道的其他鈣鈦礦LED，該成果發(fā)表于《自然·光子學(xué)》。鈣鈦礦LED含有有機—無機雜化鈣鈦礦材料，兼具有機和無機半導(dǎo)體材料的優(yōu)勢：通常無機LED 發(fā)光管采取點式發(fā)光，不能做顯示屏，只有OLED才能做顯示屏，但鈣鈦礦LED有別于傳統(tǒng)無機LED，可以做顯示屏，且呈像色彩更為鮮艷；鈣鈦礦 LED一改傳統(tǒng)的LED室內(nèi)照明點狀發(fā)光為面狀發(fā)光，使室內(nèi)的光線不刺眼，更接近自然光，增加舒適度。傳統(tǒng)無機LED只能做小面積，但利用這項成果可以做成類似天花板大的面積，且較之傳統(tǒng)無機發(fā)光材料具有缺陷密度低、發(fā)光效率高、色純度好等優(yōu)勢。

效率達18.97%黑硅太陽能電池制備

復(fù)旦大學(xué)光科學(xué)與工程系陸明研究團隊利用黑硅材料制備出了效率達18.97%黑硅太陽能電池，相關(guān)研究成果發(fā)表于《納米技術(shù)》。與平面晶硅電池相比，這種黑硅電池具有寬譜特性。由于硅納米晶帶隙高于晶硅，因此該黑硅電池的開路電壓高于相應(yīng)的平面硅電池，發(fā)射極的梯度帶隙結(jié)構(gòu)抑制了前表面電子和空穴的復(fù)合。由于短波長范圍吸收度高，短波長處的光伏響應(yīng)也較好。研究發(fā)現(xiàn)，與其他黑硅電池的制備方法相比，這種黑硅的制造方法簡單，且在很寬的波長范圍內(nèi)的反射更低（小于0.3%），在短波長范圍內(nèi)的量子效率很高，說明表面復(fù)合較小。制造這種黑硅太陽能電池?zé)o需增加任何設(shè)備，比傳統(tǒng)絨面加減反射膜的工藝簡單、成本低。

人工合成MOF用于高效選擇性加氫反應(yīng)

中科院國家納米科學(xué)中心的唐智勇、李國棟和澳大利亞格里菲斯大學(xué)的趙惠軍（Huijun Zhao）等將鉑納米顆粒封裝到MOF層間或孔道內(nèi)構(gòu)建具有高效選擇性催化的反應(yīng)容器，相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然》。不飽和醇類作為一種重要的化合物，在香水、香料和制藥等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。這類化合物的天然來源很有限，通常由α,β-不飽和醛類通過C=O鍵的加氫制備得到。但由于在常規(guī)的多相催化劑（例如金屬氧化物負載的金屬納米顆粒）上，C=C鍵加氫在熱力學(xué)上更有優(yōu)勢，選擇性的C=O鍵加氫較難實現(xiàn)。這種MOFs@Pt@MOFs的三明治核殼結(jié)構(gòu)，利用MOFs上配位不飽和金屬位點對C=O雙鍵的吸附和活化，使得Pt納米顆粒選擇性地對C=O雙鍵加氫，得到了高選擇性的不飽和醇類產(chǎn)物。

MIL-101@ Pt@MIL-101結(jié)構(gòu)的催化劑

肉桂醛分子（A）在MIL-101(Fe)和MIL-101(Cr)上的吸附和加氫的理論計算結(jié)果

新方法編輯DNA堿基

中科院上海生命科學(xué)研究院/上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院健康科學(xué)研究所常興研究組利用靶向性胞嘧啶脫氨酶在體內(nèi)實現(xiàn)高效率和高通量的DNA堿基編輯，研究論文發(fā)表于《自然-方法》。當把核酸酶缺陷的Cas9蛋白和誘導(dǎo)抗體高頻突變的胞嘧啶脫氨酶AID融合后，在sgRNA靶向的基因組DNA上，胞嘧啶和鳥嘌呤可以隨機地向其它三個堿基轉(zhuǎn)變。同時在一種多肽抑制劑的輔助下，dCas9-AID可以誘導(dǎo)特定的胞嘧啶向胸腺嘧啶轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)單堿基的精確編輯。利用該方法可以快速有效地模擬腫瘤細胞體內(nèi)耐藥機制的異質(zhì)性，預(yù)測可能的腫瘤耐藥性突變，進而改良小分子抑制劑和研究小分子與蛋白質(zhì)靶點的相互作用。該研究成果為分子進化、基因治療和在單堿基水平上分析基因調(diào)控元件等領(lǐng)域提供新的方法。

人源大麻素受體解析

中科院生物物理研究所劉志杰課題組與合作者解析了人源大麻素受體CB1-AM6538復(fù)合物2.8埃分辨率的晶體結(jié)構(gòu)，揭示了CB1中拮抗劑小分子AM6538復(fù)雜的疏水結(jié)合口袋，研究成果發(fā)表于《細胞》。人源大麻素受體是人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中表達量最高的G蛋白偶聯(lián)受體。大麻作為藥物使用已有幾千年的歷史，研究結(jié)果顯示大麻的主要有效成分——四氫大麻酚主要作用于CB1。CB1是治療疼痛、炎癥、肥胖癥以及藥物濫用的潛在藥物靶點。AM6538非共價的緊密結(jié)合模式使其具備了成為長效緩釋藥物分子的巨大潛力，該特性也是治療成癮障礙藥物的基本要求。此外，通過基于CB1的三維結(jié)構(gòu)的分子對接及動力學(xué)模擬分析進一步獲得了不同類型的小分子激動劑與CB1的結(jié)合方式。

生物基芳香聚酯聚呋喃二甲酸乙二醇酯人工合成

中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所朱錦研究團隊通過以生物基芳香單體2,5-呋喃二甲酸與乙二醇共聚，采用熔融縮聚法，制備了一系列分子結(jié)構(gòu)中呋喃環(huán)含量不同的生物基芳香聚酯聚呋喃二甲酸乙二醇酯，研究成果發(fā)表于《聚合物》。生物基高分子如聚乳酸、聚羥基脂肪酸、聚羥基乙酸、聚丁二醇丁二酸酯等以可再生資源為主要原料，在減少高分子行業(yè)對石油資源消耗的同時，也減少了石油基原料生產(chǎn)過程中對環(huán)境的污染，具有節(jié)約石油資源和保護環(huán)境的雙重功效。生物基PET聚酯特性黏度控制在0.75-0.98dL/g之間，生物基芳香聚酯PEF特性黏度在0.65-1.0dL/g之間，不同級別精確可控。在此基礎(chǔ)上也開展了纖維、薄膜、工程塑料等領(lǐng)域的應(yīng)用研究。

高新技術(shù)彈道輸運二維pn結(jié)中實現(xiàn)了電子光學(xué)的觀測

中科院金屬研究所磁性材料與磁學(xué)研究部與美國哥倫比亞大學(xué)、弗吉尼亞大學(xué)等團隊合作，在彈道輸運二維pn結(jié)中實現(xiàn)了電子光學(xué)的觀測，研究成果發(fā)表于《科學(xué)》。該研究通過局域的石墨門電壓和遠程硅片門電壓的調(diào)控，該型異質(zhì)pn結(jié)能夠借助弱磁場下的磁聚焦手段測量得到高信噪比電子折射行為，首次得到了單位斜率的類光學(xué)電子正負折射。通過這項工作，研究隊伍間接地提取了電子在石墨烯pn結(jié)界面斜入射角度與透過率之間的聯(lián)系，通過與理論的比對，推算出研究制備的pn結(jié)寬度約為70nm。同時，模擬計算得到的結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)高度吻合。該工作為電子光學(xué)實驗及其新型全電控電子開關(guān)等方面的應(yīng)用與發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

模擬計算得到的結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)高度吻合

電子折射行為

光控微流體新技術(shù)

復(fù)旦大學(xué)俞燕蕾教授團隊采用新型液晶高分子光致形變材料，構(gòu)筑出具有光響應(yīng)特性的微管執(zhí)行器，并通過微管光致形變產(chǎn)生的毛細作用力，實現(xiàn)對包括生物醫(yī)用領(lǐng)域常用液體在內(nèi)的各種復(fù)雜流體的全光操控，研究成果發(fā)表于《自然》。微量液體傳輸涉及諸多領(lǐng)域，如昂貴液體藥品的無損轉(zhuǎn)移、微流體器件與生物芯片中的液體驅(qū)動等。伴隨微流體芯片的自身尺寸不斷縮小，功能單元數(shù)量日益增多，相應(yīng)的外部驅(qū)動設(shè)備和管路越來越復(fù)雜和龐大。微流控系統(tǒng)的進一步簡化成為制約微流體領(lǐng)域發(fā)展的瓶頸。過去的光控微流體，由于材料與驅(qū)動機制的限制，傳輸速度很慢，適用的液體種類也很少，距離實用化還相當遙遠。要解決這一難題，亟待從根本上實現(xiàn)微流體器件構(gòu)筑材料與驅(qū)動機制兩方面的突破與創(chuàng)新。

預(yù)先糾纏分發(fā)的獨立量子源之間的量子態(tài)隱形傳輸

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、張強等與中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)等研究機構(gòu)合作，在合肥量子城域通信試驗網(wǎng)上首次實現(xiàn)了預(yù)先糾纏分發(fā)的獨立量子源之間的量子態(tài)隱形傳輸，為未來可擴展量子網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建奠定了堅實基礎(chǔ)，相關(guān)結(jié)果發(fā)表于《自然-光子學(xué)》。研究團隊開發(fā)了適合光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臅r間相位糾纏光子源，然后通過發(fā)展皮秒級的遠程光同步技術(shù)和使用光纖布拉格光柵進行窄帶濾波，成功地解決了兩個獨立光子源之間的同步和干涉問題；接著開發(fā)了針對遠距離光纖所造成的延遲和偏振漲落以及實驗系統(tǒng)的穩(wěn)定性等問題的主動反饋系統(tǒng)；最后利用中科院上海微系統(tǒng)所開發(fā)的超導(dǎo)納米線單光子探測器，在30公里鏈路上實現(xiàn)了滿足上述三要素的量子隱形傳態(tài)實驗。

創(chuàng)紀錄高亮度高品質(zhì)電子束

中科院上海光學(xué)精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室徐至展院士、李儒新研究員帶領(lǐng)研究團隊，提出了級聯(lián)尾波場加速新方案，突破了激光尾波場加速中能散度難以壓縮等重大技術(shù)瓶頸，實驗獲得了高亮度、高品質(zhì)的高能電子束，電子束六維相空間亮度遠高于目前國際上報道的同類研究結(jié)果，在國際上首次接近了最先進的直線加速器上所能獲得的電子束亮度。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于《物理評論快報》。超強超短激光驅(qū)動的尾波場電子加速器具有比傳統(tǒng)的射頻加速器高出三個量級以上的超高加速梯度，為實現(xiàn)小型化的高能粒子加速器等提供了全新技術(shù)途徑，也將對未來的同步輻射裝置、自由電子激光以及高能物理研究等帶來深遠的影響。

高新技術(shù)超冷原子量子模擬

北京大學(xué)量子材料科學(xué)中心劉雄軍組和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)相關(guān)研究人員的聯(lián)合團隊從理論上提出并在實驗上人工合成超冷原子的二維自旋軌道耦合，測定了由自旋軌道耦合導(dǎo)致的新奇拓撲物性，研究成果發(fā)表于《科學(xué)》。劉雄軍帶領(lǐng)的理論小組提出了“拉曼光晶格的量子系統(tǒng)”?；谠撓到y(tǒng)，不僅可完好地實現(xiàn)二維人工自旋軌道耦合，并能得到如量子反常霍爾效應(yīng)和拓撲超流等深刻的基本物理效應(yīng)?；谠摾碚摲桨福袊茖W(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陳帥和鄧友金等組成的實驗小組在發(fā)展激光和磁場精確調(diào)控技術(shù)的基礎(chǔ)上，成功地構(gòu)造了拉曼光晶格量子系統(tǒng)，合成二維自旋軌道耦合的玻色-愛因斯坦凝聚體。進一步研究發(fā)現(xiàn)合成的自旋軌道耦合和能帶拓撲具有高度可調(diào)控性。

二維自旋軌道耦合的玻色-愛因斯坦凝聚體

拉曼光晶格設(shè)計

組裝分子“面旋轉(zhuǎn)”多面體實現(xiàn)二維手性向三維手性傳遞

廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院曹曉宇課題組以三聚茚為組裝基元，實現(xiàn)了一系列新型手性分子多面體的可控組裝。該類多面體具有獨特的面方向性，可通過多面體頂點或動力學(xué)調(diào)控其面方向性，相關(guān)組裝機理亦得到理論計算論證及動力學(xué)實驗的驗證，相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然-通訊》期刊上。自然界中正二十面體病毒衣殼的面上蛋白質(zhì)亞基具有朝同一方向“旋轉(zhuǎn)”的特性，三甲酰基修飾的三聚茚衍生物與1，2-二胺通過動態(tài)共價鍵組裝成[4+6]分子多面體。該研究實現(xiàn)了具面方向性分子多面體這種全新的手性多面體，此設(shè)計策略可將其他具面方向的分子構(gòu)筑基元拓展到更多分子多面體中，進而用于分子識別、手性拆分或不對稱催化等領(lǐng)域。

統(tǒng)計物理方法處理機器學(xué)習(xí)

中科院理論物理研究所張潘副研究員將自旋玻璃理論與消息傳遞算法用于機器學(xué)習(xí)中的統(tǒng)計推斷和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等理論問題，相關(guān)研究成果發(fā)表于《物理評論X》。包括深度學(xué)習(xí)在內(nèi)的機器學(xué)習(xí)研究近年來發(fā)展迅速，掀起了人工智能領(lǐng)域新一輪熱潮，并使人工智能成為大眾廣泛討論的議題。機器學(xué)習(xí)程序，例如谷歌公司的 Alpha Go，在語音分析、圍棋、圖像識別等方面之所以取得巨大的成功，其中最重要的原因是用來進行模型訓(xùn)練的數(shù)據(jù)量在不斷增大，而且計算性能的快速提高使得可以構(gòu)建的模型尺寸也在快速增大。大數(shù)據(jù)的涌現(xiàn)為統(tǒng)計物理應(yīng)用于這個快速發(fā)展領(lǐng)域提供了極好的契機。

鼻咽癌治療新技術(shù)

中山大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院馬駿團隊牽頭全國10個臨床研究中心共同參與一項三藥聯(lián)合化療方案（簡稱TPF）治療局部晚期鼻咽癌的大型前瞻性Ⅲ期臨床試驗，相關(guān)成果發(fā)表于《柳葉刀-腫瘤學(xué)》。全球40%的鼻咽癌發(fā)生在中國，其中以廣東最多。由于鼻咽癌發(fā)病部位隱蔽，初次到醫(yī)院就診的患者中70%以上已伴有周圍顱骨侵犯和頸部淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。國際指南推薦的同期放化療后給予強化的3個療程的輔助化療（簡稱PF）并不適于中國人。最新治療方案在鼻咽癌最常用的PF雙藥基礎(chǔ)上，加用新型的化療藥物多西他賽（T），組成TPF方案。TPF誘導(dǎo)化療聯(lián)合同期放化療將3年無瘤生存率從72%提高到80%，3年總生存率從86%提高到92%，3年無遠處轉(zhuǎn)移生存率從83%提高到90%，不良反應(yīng)可控。

天文GRB 050709中發(fā)現(xiàn)巨新星(引力波電磁對應(yīng)體)

中科院紫金山天文臺金志平等人在GRB 050709中發(fā)現(xiàn)巨新星(引力波電磁對應(yīng)體)，相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然-通訊》。GRB 050709是人類首次探測到光學(xué)對應(yīng)體的短暴，對甚大望遠鏡VLT、HST數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)VLT在伽瑪暴結(jié)束后2.5天處測得的能譜與余輝模型顯著不同，而與巨新星信號一致，可以被將來的觀測進一步檢驗，一旦得到驗證，將是中子星并合過程合成重元素的觀測證據(jù)。分析表明，GRB 050709的光學(xué)輻射自2.5天起就由巨新星成分主導(dǎo)，并且該暴很可能由一個中子星與黑洞的雙星系統(tǒng)的并合產(chǎn)生。從GRB050709和GRB060614中得到的巨新星光變曲線非常一致。每個短暴/長短暴很可能都伴隨著一個巨新星，這表明巨新星普遍存在，是引力波事件的極佳電磁輻射對應(yīng)體。

(a) GRB 050709的光學(xué)輻射; (b) GRB 050709光學(xué)輻射扣除余輝成分后留下的“奇異”信號與“中子星黑洞并合模型預(yù)期的巨新星輻射”的比較; (c) 2.5天處的“奇異”能譜與一個巨新星模型預(yù)言的比較

VLT I-band圖分析

黑洞活動性基本面

中科院上海天文臺謝富國副研究員、袁峰研究員及其合作者發(fā)現(xiàn)了首個符合拐折型相關(guān)關(guān)系的活動星系核NGC 7213，證實了他們早期對射電-X射線三段式相關(guān)關(guān)系的理論解釋，相關(guān)成果發(fā)表于《皇家天文學(xué)會月報》。在基本面研究中，黑洞雙星具有得天獨厚的優(yōu)勢。它們的演化時標較短，往往會發(fā)生多次爆發(fā)。在爆發(fā)過程中它們的射電光度和X射線光度有非常劇烈的變化，因此可以用來研究基本面關(guān)系里的一個重要組成部分，即（單個源的）射電-X射線光度之間的相關(guān)。研究從耦合的吸積-噴流理論這一主流理論模型出發(fā)，結(jié)合最新的理論進展，揭示了不同相關(guān)關(guān)系的區(qū)別與聯(lián)系；并發(fā)現(xiàn)了首個符合拐折型相關(guān)關(guān)系的活動星系核NGC 7213。

射電望遠鏡發(fā)現(xiàn)巨型旋渦星系中一對超大質(zhì)量黑洞

中科院新疆天文臺與中歐射電天文學(xué)家合作，在巨型旋渦星系NGC 5252的星系盤附近發(fā)現(xiàn)了另一顆伴有顯著射電噴流的超大質(zhì)量黑洞，該成果已發(fā)表于《皇家天文學(xué)會月報》，新疆天文臺是第一完成單位。幾乎每個星系的中央都存在著一個質(zhì)量為太陽質(zhì)量的百萬倍以上的超大質(zhì)量黑洞，并且不少星系在大尺度上呈現(xiàn)出成雙或者成團的現(xiàn)象。GC 5252是一顆距離銀河系大約三百萬光年的巨型旋渦星系。前期天文學(xué)家注意到其星系盤附近存在一個結(jié)構(gòu)致密的奇異天體CXO J133815.6+043255，它從高能X射線到射電波段都有很強的輻射。從分辨率接近毫角秒的圖像上看，這個天體擁有結(jié)構(gòu)致密的射電噴流，最有可能產(chǎn)生于一顆超大質(zhì)量黑洞。

高偏振星系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)小行星存在的可能證據(jù)

中科院國家天文臺博士白宇和其合作者Stephen Justham教授等，基于TAP項目平臺，利用Palomar天文臺的5米口徑望遠鏡在1年中對AR UMa進行了多次光譜觀測，探測到顯著變化的鋁吸收線。這一發(fā)現(xiàn)為太陽系外潛在的小行星蓄積結(jié)構(gòu)提供了可能的證據(jù)，對AR UMa的演化理論給出限制，同時對重新理解高偏振星的形成和演化有重要意義，該研究成果發(fā)表于《天體物理學(xué)雜志》。銀河系中數(shù)以億計的恒星中有一半是雙星，這些雙星有些會演化成密近雙星系統(tǒng)，即雙星在演化過程中會相互影響。從伴星吸來的物質(zhì)只能沿著磁力線撞擊到白矮星磁極附近，釋放大量的能量，這些能量以多種形式被探測到，這樣的天體稱為高偏振星，因為強磁場會作用于輻射出的光子，產(chǎn)生偏振現(xiàn)象。

天文全球最大單口徑（500米）射電望遠鏡（FAST）在貴州落成啟用

國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“500米口徑球面射電望遠鏡”（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，簡稱FAST）正式竣工。有著超級“天眼”之稱的FAST，開始接收來自宇宙深處的電磁波，這標志著我國在科學(xué)前沿實現(xiàn)了重大原創(chuàng)突破。FAST由我國天文學(xué)家于1994年提出構(gòu)想，從預(yù)研到建成歷時22年，由中科院國家天文臺主導(dǎo)建設(shè)，是具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡。借助FAST可以窺探星際之間互動的信息，觀測暗物質(zhì)，測定黑洞質(zhì)量，搜尋星外文明。FAST工程由主動反射面系統(tǒng)、饋源支撐系統(tǒng)、測量與控制系統(tǒng)、接收機與終端及觀測基地等幾大部分構(gòu)成。主動反射面是由上萬根鋼索和4450個反射單元組成的球冠型索膜結(jié)構(gòu)，接收面積相當于30個標準足球場。

FAST夜景(新華社記者劉續(xù)攝）

國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）在貴州平塘縣落成啟用（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

數(shù)值模擬為FAST脈沖星觀測提供目標源

國家天文臺與西華師范大學(xué)合作，為“500米口徑球面射電望遠鏡”FAST的早期科學(xué)階段進行脈沖星漂移掃描觀測提供了理想的優(yōu)先觀測目標源，研究成果發(fā)表于《天文和天體物理學(xué)研究》。觀測使用超寬帶接收機和漂移掃描觀測模式，超寬帶接受機頻帶覆蓋范圍大，高低頻比達到6:1，可極大提升望遠鏡脈沖星觀測靈敏度。針對使用超寬帶接收機和漂移掃描觀測的特點，研究人員開發(fā)了一套用于脈沖星觀測數(shù)據(jù)模擬的程序，通過使用脈沖星搜尋標準流程處理模擬數(shù)據(jù)，并結(jié)合球狀星團脈沖星產(chǎn)生率經(jīng)驗公式對FAST天區(qū)內(nèi)40個有恒星碰撞率的球狀星團進行了脈沖星探測率的詳細估算。

銀河系本地臂結(jié)構(gòu)研究進展

中科院紫金山天文臺徐燁、李晶晶及其合作者利用美國的國際上分辨率最高的甚長基線干涉陣(VLBA)，在銀河系結(jié)構(gòu)研究中獲得了空前的測量精度，相關(guān)研究成果發(fā)表于《科學(xué)進展》。研究發(fā)現(xiàn)了一條連接銀河系本地臂和人馬臂的很長的旋臂次結(jié)構(gòu)，其長度約12000光年，是至今發(fā)現(xiàn)的銀河系內(nèi)最長的一個次結(jié)構(gòu)。本地臂具有與銀河系其它主旋臂類似的性質(zhì)，本地臂長度已經(jīng)超過20000光年，大約是以前普遍接受的尺度的4倍。同時解決了長期以來關(guān)于天鵝座恒星形成復(fù)合體距離的爭論：發(fā)現(xiàn)這些恒星形成區(qū)其實處在不同的距離，由于視線的投影效應(yīng)使得它們看起來處在同一個恒星形成復(fù)合體。這些恒星形成區(qū)的距離最大相差超過13000光年，遠端幾乎延伸至銀河系英仙臂。

太陽系外行星軌道之謎破解

南京大學(xué)謝基偉副教授和北京大學(xué)東蘇勃研究員帶領(lǐng)相關(guān)團隊，與中科院國家天文臺、北京師范大學(xué)等合作，利用國家天文臺郭守敬望遠鏡（LAMOST）的觀測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)了太陽系外行星軌道分布的規(guī)律，解開了長久以來困擾天文研究者的系外行星軌道形狀之謎，研究論文發(fā)表于《美國科學(xué)院院刊》。研究人員最終發(fā)現(xiàn)約八成的行星軌道都如同太陽系，軌道為近圓形（平均偏心率小于0.1），只有兩成左右的行星偏心率較大（平均值大于0.3）、顯著地偏離了圓軌道。Kepler多行星系統(tǒng)的平均軌道偏心率和軌道傾角符合太陽系中天體的規(guī)律，約呈線性關(guān)系。近圓軌道的普遍性意味著行星形成的“主旋律”應(yīng)該是“溫和”的，而造成高偏心率軌道的劇烈行星軌道演化過程只是“少數(shù)派”。

生物信息電子誘導(dǎo)生物蛋白結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變

中科院上海微系統(tǒng)所傳感技術(shù)國家重點實驗室陶虎課題組聯(lián)用近場紅外生物納米成像與納米成譜技術(shù)，突破光學(xué)衍射極限，空間分辨率達到10 nm，較傳統(tǒng)紅外光學(xué)表征技術(shù)提高了2個數(shù)量級，可在納米尺度下研究電子誘導(dǎo)蠶絲蛋白結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變機理，揭示蠶絲蛋白中關(guān)鍵構(gòu)象的轉(zhuǎn)變規(guī)律，并可控制備出系列二維和三維蠶絲蛋白納米結(jié)構(gòu)，該成果發(fā)表于《自然-通訊》。蠶絲蛋白源自于天然蠶繭，具有優(yōu)異的生物相容性、可控水溶性、光學(xué)和力學(xué)特性，在藥物釋放、人體組織工程、生物光子晶體以及瞬態(tài)柔性電子學(xué)領(lǐng)域被廣泛使用。研究人員將蠶絲蛋白用作綠色生物光刻膠，通過電子束誘導(dǎo)其構(gòu)象發(fā)生轉(zhuǎn)變，聯(lián)用近場紅外納米成像和納米光譜技術(shù)，研究蠶絲蛋白中關(guān)鍵構(gòu)象β-sheet與材料性質(zhì)的對應(yīng)關(guān)系，解釋獨特的“一膠兩用”現(xiàn)象。

電子條件作用下的蠶絲蛋白結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變

通過電子束精確控制生物蛋白在納米尺度下的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)復(fù)雜三維生物納米結(jié)構(gòu)制備

人類基因組大量復(fù)雜型變異的“暗物質(zhì)”

西安交通大學(xué)電信學(xué)院、第一附屬醫(yī)院葉凱教授等將人類基因組變異的研究成果發(fā)表于《自然-通訊》。該研究具備的一套較為完整的基因組變異集合，為人們提供了研究大型基因組結(jié)構(gòu)變異影響的可能性。研究表明，在鑒定出的190萬個大型的基因組變異中，包括大片段DNA缺失、跳轉(zhuǎn)DNA或者憑空出現(xiàn)的DNA大片段。這一些變異也出現(xiàn)在基因組的重要功能區(qū)域，比如編碼關(guān)鍵蛋白質(zhì)的編碼區(qū)，從而使得產(chǎn)生的蛋白質(zhì)的功能受到損害。但人類很多大的基因組結(jié)構(gòu)型變異往往又不在基因的編碼部分，這一些變異的功能影響往往又是難以預(yù)測的，而變異卻可能決定人們是否容易患某些疾病。關(guān)于個體基因組變異的知識可以告訴人們很多關(guān)于潛在健康風(fēng)險，是精準醫(yī)療和個性化醫(yī)療的第一步。

螞蟻與真菌共生之謎被揭曉

深圳國家基因庫、中國科學(xué)院昆明動物研究所、哥本哈根大學(xué)、美國史密森尼學(xué)會等研究者合作，揭示了螞蟻與真菌共同適應(yīng)性的分子基礎(chǔ)，相關(guān)成果發(fā)表于《自然-通訊》。研究人員分析了七種真菌培植螞蟻以及它們種植的真菌的基因組和轉(zhuǎn)錄組，它們分為低級真菌螞蟻、高級真菌螞蟻和切葉蟻種植菌，代表了系統(tǒng)發(fā)育樹上的新真菌螞蟻冠群的所有屬級別重要分支。研究發(fā)現(xiàn)真菌培植螞蟻的進化過程跟人類的農(nóng)業(yè)文明演化過程有許多的相同點。人類的農(nóng)作物被馴化后往往在野外很難生存，類似的，高級真菌培植螞蟻開始出現(xiàn)專一真菌馴化之后，真菌就失去了野外自由繁殖的能力，必須得依靠螞蟻才能繁殖。

五步蛇基因組研究重塑蛇類演化歷程

深圳國家基因庫、中山大學(xué)和浙江大學(xué)等機構(gòu)合作，公布了高質(zhì)量的五步蛇基因組圖譜，并通過對不同蛇類基因組的比較分析，揭示了蛇類適應(yīng)性進化、功能退化和性染色體演化的遺傳基礎(chǔ)和分子機制，為五步蛇相關(guān)藥物研發(fā)、進化生物學(xué)研究等方面提供了基因組學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，相關(guān)成果發(fā)表于《自然-通訊》。蛇類基因組中的轉(zhuǎn)座子呈現(xiàn)物種特異性的擴張。轉(zhuǎn)座子在五步蛇的腦組織中特異性表達，并和鄰近基因的表達相關(guān)聯(lián)。這些基因顯著富集于環(huán)境應(yīng)激和腦信號通路。在漫長的演化過程中，轉(zhuǎn)座子對于蛇類基因組的塑造和基因功能的調(diào)控發(fā)揮著重要作用。論文報道了蝰蛇科物種的基因組圖譜，并對蛇類進行了詳細的比較基因組學(xué)研究。

生物信息哺乳動物呼吸體結(jié)構(gòu)

清華大學(xué)生命學(xué)院楊茂君教授研究組報道了迄今為止分辨率最高的線粒體呼吸鏈超級復(fù)合物——呼吸體的冷凍電鏡三維結(jié)構(gòu)，相關(guān)成果發(fā)表于《自然》。呼吸作用是生物體最基礎(chǔ)的生命活動之一，呼吸體結(jié)構(gòu)異常會導(dǎo)致多種疾病，比如阿爾茲海默綜合癥、帕金森綜合癥、多發(fā)性硬化、少年脊髓型共濟失調(diào)以及肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥等。呼吸體蛋白分布于線粒體內(nèi)膜上，是執(zhí)行呼吸作用的超大分子機器。呼吸體蛋白分布于線粒體內(nèi)膜上，是執(zhí)行呼吸作用的超大分子機器。這是目前為解析的最大、也是最復(fù)雜的膜蛋白超級復(fù)合物結(jié)構(gòu)，為深入理解哺乳動物呼吸鏈復(fù)合物的組織形式、分子機理以及治療細胞呼吸相關(guān)的疾病提供了重要的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

不同側(cè)面呼吸體結(jié)構(gòu)模型及密度，復(fù)合物I結(jié)構(gòu)模型及密度

呼吸體密度圖的統(tǒng)計學(xué)分析

橡膠樹基因組全解析

中科院北京基因組研究所胡松年團隊和中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所唐朝榮團隊合作，提出了橡膠物種進化和乙烯刺激產(chǎn)膠的觀點，為橡膠樹優(yōu)異種質(zhì)的發(fā)掘利用和高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)抗逆遺傳改良奠定基礎(chǔ)，研究成果發(fā)表于《自然-植物》。天然橡膠是重要的戰(zhàn)略物資和工業(yè)原料。我國天然橡膠年產(chǎn)量80萬噸，但不足我國年消費量的20%，遠低于國際安全線（30%）。巴西橡膠樹因其產(chǎn)量高、品質(zhì)好、易采集和持續(xù)生產(chǎn)周期長等優(yōu)勢而成為天然橡膠幾乎唯一的商業(yè)來源。研究團隊構(gòu)建了一個高質(zhì)量的橡膠基因組，拼接序列覆蓋全基因組的93.8%；并發(fā)現(xiàn)在橡膠樹進化過程中，與產(chǎn)膠密切相關(guān)的REF/SRPP基因家族發(fā)生了顯著擴增，并且發(fā)生了乳管細胞特異性功能分化，同乳管中大橡膠粒子的發(fā)生、橡膠高產(chǎn)性狀密切相關(guān)。

“顯老”由基因決定

中科院北京基因組研究所、荷蘭伊拉斯姆斯大學(xué)、英國聯(lián)合利華集團聯(lián)合其他國家的研究人員，合作開展皮膚感知年齡遺傳因子的研究，共用了近十萬人次反復(fù)評估了超過四千個人的面部高清照片，精確量化了每個人的感知年齡（即看起來的年輕年老的程度），并分析了近800萬個DNA位點和感知年齡的關(guān)系，研究成果發(fā)表于《當代生物》。該研究提出感知年齡和基因之間的聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)帶有MC1R基因特殊基因型的人看起來比其他同齡人平均年老兩歲。MC1R基因是人類皮膚合成黑色素過程中的關(guān)鍵基因，其遺傳缺陷可造成皮膚缺乏黑色素的天然保護功能，進而導(dǎo)致更多的紫外線光長期對皮膚造成多種損傷，還可能由此引發(fā)皮膚癌變。MC1R基因的黑色素合成功能只是其影響感知年齡的一小部分。

冷藏過的番茄為什么不好吃——低溫導(dǎo)致相關(guān)基因被“凍僵”

浙江大學(xué)果實品質(zhì)生物學(xué)團隊張波等與美國佛羅里達大學(xué)、康奈爾大學(xué)開展了合作研究，發(fā)現(xiàn)，無論哪種番茄，果實都會受到采后低溫貯藏影響，相關(guān)論文發(fā)表于《美國科學(xué)院院報》。影響水果“口感”的物質(zhì)主要是糖、有機酸以及芳香物質(zhì)，通常人們對于糖與酸比較熟悉，對于香氣影響風(fēng)味品質(zhì)的認識相對有限。事實上，香味對與口感的影響更為重要，冰過之后的番茄可溶性糖和有機酸含量并沒有發(fā)生顯著影響，但是芳香物質(zhì)顯著減少，即使放在貨架3天也不能恢復(fù)。原因就是低溫誘導(dǎo)了DNA甲基化的瞬時增加，如果一個基因發(fā)生了甲基化，通常這個基因的表達會被抑制，從而芳香物質(zhì)產(chǎn)生減少了。因此，建議購買后的番茄放置在室溫并盡快食用。